zpwiki/pages/students/2016/lukas_pokryvka/README.md

---
title: Lukáš Pokrývka
published: true
taxonomy:
    category: [dp2021,bp2019]
    tag: [gpu,cloud]
    author: Daniel Hladek
---
# Lukáš Pokrývka

*Rok začiatku štúdia:* 2016


Názov: Paralelné trénovanie neurónových sietí

*Meno vedúceho:* Ing. Daniel Hládek, PhD.

## Diplomová práca 2021

1. Vypracujte prehľad literatúry na tému "Paralelné trénovanie neurónových sietí".
2. Vyberte vhodnú metódu paralelného trénovania.
3. Pripravte dáta a vykonajte sadu experimentov pre overenie funkčnosti a výkonu paralelného trénovania.
4. Navrhnite možné zlepšenia paralelného trénovania neurónových sietí.



Stretnutie: 5.3.2021

Stav: 

- Urobené trénovanie na dvoch servroch pomocou distributed_data_parallel MNIST.
- Funguje LUNA dataset (na 1 stroji a na viacerých kartách).



## Diplomový projekt 2 2020

Ciele na semester:
- Pripraviť tabuľku s výsledkami experimentov v rôznych konfiguráciách
- Napísať stručný report (cca 8 strán) vo forme článku.

Zásobník úloh:

- Ten istý scenár spustiť v rôznych podmienkach a zmerať čas.
    - Trénovanie na jednej karte na jednom stroji
        - tesla
        - xavier
    - Trénovanie na dvoch kartách na jednom stroji 
        - idoc DONE
        - titan
    - možno trénovanie na 4 kartách na jednom
        - quadra
    - *Trénovanie na dvoch kartách na dvoch strojoch pomocou NCCL (idoc, tesla)*
    - možno trénovanie na 2 kartách na dvoch strojoch (quadra plus idoc).

Virtuálne stretnutie 4.12.2020

Stav:
- Vyriešený problém s CUDA Compute Capability. Každý conda baliček podporuje inú verziu CC. Aktuálna verzia Pytorch pracuje iba s Compute Capability 3.7 a viac.   Conda Pytorch  1.3 vyžaduje CC 3.7. Tesla karta podporuje iba 3.5.  Podpora CC sa dá pridať inštaláciou zo zdroja. Funguje cuda 10.0.
- Podarilo sa natrénovať MNIST na dvoch strojoch naraz - idoc + tesla. Pytorch 1.4, wrapper distributed_data_paralel. NCCL backend. Na každom stroji sa používa rovnaký počet GPU. GPU môžu byť rôzne. 

Úlohy:

- Doplniť tabuľku podpory CC v Pytorch.
- Opísať problém s Compute Capability. Čo je to CC?
- Napísať "tutoriál" ako paralelne trénovať pomocou distributed_data_parallel a NCCL. Napíšte aký setup (verzia pytorch, verzia cuda, požiaadavky na GPU ..) si paralelné trénovanie vyžaduje.
- Opísať testovacie úlohy ktoré používate
- Vypracujte tabuľku s vykonanými experimentami.
- Skúste trénovanie na xavier, skompilovaný Pytorch je v adresári hladek.
- Quadru prediskutovať (vedúci).


Virtuálne stretnutie 13.11.2020

Stav:

- Preštudovaná kniha "Deep Learning with PyTorch" o multi GPU tréningu. 
- vyskúšaný LUNA dataset, CT torza pre detekciu rakoviny pľúc - 60GB dát. Dáta sa predpripravia a uložia do cache.  10 epoch trvá 1 hod na bežnom počítači.  Nastal problém s "Compute Capability" - kompatibilita verzie CUDA, Pytorch a GPU Tesla V40. 
- vyskúšaný wrapper data_paralel, distribute_data_parallel (trénovanie pytorch v klastri).
- Pytorch Lightning - cluster trénovanie Pytorch cez Slurm.

Úlohy na ďalšie stretnutie:

- Pracujte na písomnej časti.
- Pokračujte na benchmark experimentoch - trénovanie na viacerých strojoch (idoc a tesla) naraz.

Virtuálne stretnutie 27.10.2020

Stav:

- Trénovanie na procesore, na 1 GPU, na 2 GPU na idoc
- Príprava podkladov na trénovanie na dvoch strojoch pomocou Pytorch.
- Vytvorený prístup na teslu a xavier.

Úlohy na ďďalšie stretnutie:
- Štdúdium odbornej literatúry a vypracovanie poznámok. 
- Pokračovať v otvorených úlohách zo zásobníka
- Vypracované skripty uložiť na GIT repozitár
- vytvorte repozitár dp2021

Stretnutie 2.10.2020

Urobené https://github.com/LukasPokryvka/YELP-on-GPU

- demonštračná úloha pre automatické hodnotenie reštaurácií na základe recenzie v anglickom jazyku, dátová sada yelp.
- preštudovaná kniha NLP with Pytorch, NLP in Action.
- trénovanie na NVIDIA RTX2070 Super.

Úlohy do ďalšieho stretnutia:
- Prejsť odborné publikácie na tému "benchmarking" a "parallel training of neural networks".
    - Zapísať si relevantné bibliografické odkazy.
    - Zapísať poznámky
    - Použiť index scopus alebo scholar
- Trénovanie na jednej karte na jednom stroji
        - tesla.fei.tuke.sk
- Trénovanie na dvoch kartách na jednom stroji - zistite čas trénovania a spotrebu pamäte.
        - idoc



## Diplomový projekt 1 2020

Paralelné trénovanie neurónových sietí pomocou knižnice Pytorch.
Úlohy na semester:

- podrobne si naštudovať vybranú metódu trénovania neurónových sietí
- identifikujte možný spôsob paralelizácie
- natrénujte zvolený model metódou paralelizácie

Revízia 11.6:

- Prebieha nákup https://www.nvidia.com/en-us/autonomous-machines/embedded-systems/jetson-agx-xavier/
- zatiaľ NCCL nefunguje na Jetson Nano, funguje na Jetson Xavier?
- Spustenie paralelného trénovania PyTorch https://pytorch.org/docs/stable/distributed.html#launch-utility
- Spustenie paralelného trénovania Fairseq https://fairseq.readthedocs.io/en/latest/getting_started.html#distributed-training


Revízia 13.5:

Pozrite si odkazy na paralelné trénovanie:

- Knižnica pre neuronové siete podobná TensorFlow https://pytorch.org
- Trénovanie WordEmbedding v PyTorch https://pytorch.org/tutorials/beginner/nlp/word_embeddings_tutorial.html
- Toolkit na medziprocesovú komunikáciu https://developer.nvidia.com/nccl Podporuje aj trénovanie na viacerých výpočtových uzloch naraz. PyTorch podporuje NCCL aj Goo toolit
- Toolkit na medziprocesovú komunikáciu  https://github.com/facebookincubator/gloo
- Paralelné trénovanie pomocou Pytorch https://pytorch.org/docs/stable/distributed.html /


Virtuálne stretnutie 14.4:

Nové úlohy:

- rozbehať knižnicu NCCL na servri idoc
- Preskúmať možnosti zakúpenia [NVIDIA Jetson](https://www.banggood.com/NVIDIA-Jetson-Nano-Developer-Embedded-Development-Board-A57-Artificial-Intelligence-AI-Development-Platform-p-1519173.html?gpla=1&gmcCountry=SK&currency=EUR&createTmp=1&utm_source=googleshopping&utm_medium=cpc_bgs&utm_content=lijing&utm_campaign=ssc-sk-ele-0309&ad_id=424274501985&gclid=Cj0KCQjw2PP1BRCiARIsAEqv-pTspekjYB4EACHoOyFRq41LhNM2dQ532-fTAsjzZPy9-2aH7H9cEh0aAuf0EALw_wcB&cur_warehouse=CN) / pre vedúceho
- nájsť vhodnú neurónovú sieť ktorá bude vedieť využívať NCCL, optimálne založenú na PyTorchm napr. [Fairseq](https://github.com/pytorch/fairseq)


Revízia 14.4.

- Natrénovaný FastText a GenSim word embedding model na slovenských dátach.

Revízia 9.4.:

Nové úlohy:

Natrénujte word embedding model na veľkých dátach (odkaz poskytnutý). Môžete použiť server idoc.


Nové úlohy:

- Pozrite si [metódy vyhodnotenia embedding modelov](https://duckduckgo.com/?t=ffab&q=word+embedding+evaluation&ia=web). Ako by ste postupovali pri vyhodnotení slovenského modelu?
- Pozrite si https://spacy.io/usage/training
- Pozrite si [repozitáre a výsledky týkajúce sa Spacy](/topics/spacy).
- Vyhodnotte slovenský spacy model


Stretnutie 9.3.2020

Úlohy na ďalšie stretnutie:

- Skúste natrénovať slovenský word2vec model podľa tutoriálu: http://spark.apache.org/docs/latest/ml-features.html#word2vec (podľa dát z emailu)
- Pozrite si niečo o metóde BERT

- https://medium.com/huggingface/introducing-fastbert-a-simple-deep-learning-library-for-bert-models-89ff763ad384
- https://github.com/huggingface/transformers






## Tímový projekt 2019

*Úlohy tímového projektu:*

 - Vypracujte min. 4 stranový rešerš na tému: "Paralelné spracovanie prirodzeného jazyka" (využitie napr. s word2vec, word embeddings, GloVe, fastText).
 - Citujte min. 10 najvýznamnejších bibliografických zdrojov.

*Písomná práca:* [Paralelné spracovanie prirodzeného jazyka](./timovy_projekt)



- Zaujímavá príručka [Word2vec na Spark](http://spark.apache.org/docs/latest/ml-features.html#word2vec)

### Priebeh práce

*1. Pokus o natrénovanie modelu pomocou knižnice Gensim*

Ako prvý nástroj na zoznámenie sa s trénovaním W2V som zvolil Gensim. Nevýhodou knižnice je, že pri trénovaní nevyužíva GPU v žiadnom prípade. Podľa zdrojov na internete je však Gensim násobne rýchlejšia knižnica pri implementácii na menšie korpusy (https://rare-technologies.com/gensim-word2vec-on-cpu-faster-than-word2veckeras-on-gpu-incubator-student-blog/). Keďže môj korpus má približne 30GB, trénovanie pomocou Gensim by zrejme nebol najlepší nápad. Preto som si z korpusu vytiahol prvých 10,000 riadkov a otestoval implementáciu na tomto súbore. Celý skript je dostupný na [gensim_W2V.py](./dp2021/scripts/gensim_w2v.py).
Výsledok nebol vôbec presný, čo sa vzhľadom na veľkosť korpusu dalo očakávať. Pri slove letisko bola však zhoda vysoká, čo potvrdzuje správnosť implementácie.

![Výsledok implementácie Gensim](./gensim.PNG)

Keďže som mal problém skript s plným korpusom spustiť na školskom serveri, v ďalšom riešení chcem využiť aj GPU. V úvahu pripadá aj rozdelenie korpusu na viacero častí s tým, že sa zachová kontext.

*2. Natrénovanie slovenského modelu pomocou knižnice fasttext*

Ako druhú možnosť na natrénovanie slovenského modelu som využil fasttext, knižnicu od Facebook-u. Prostredie a všetky dependencies som si vytvoril pomocou Anacondy. Následne som si naklonoval projekt z gitu (https://github.com/facebookresearch/fastText.git). Fasstext poskytuje jednoduchý nástroj na vyčistenie dát, ktorý všetky slová pretransformuje na lowercase a oddelí ich od čiarok, bodiek, atď... Následne je potrebné správne nastaviť spúšťacie parametre a zvoliť si metódu CBOW alebo skip-gram. V mojom prípade som zvolil 2-gram, dimenzionalitu vektorov 200, a nastavil som počet epochov na 10, pomocou ktorých sa vhybovosť výrazne znížila. Taktiež je možné nastaviť, koľko jadier procesora sa má využívať pre multi-threading. Na dátach o veľkosti približne 13GB trvalo trénovanie takmer 24 hodín. Výstupom su 2 súbory *.bin a *.vec. Prvý súbor obsahuje celý natrénovaný model a môže byť ďalej používaný a načítavaný podľa potreby, druhý súbor obsahuje vektory slov, jeden riadok pre každé slovo.